В статье рассмотрена проблема отсутствия прослеживаемости результатов измерений механической деформации к государственным эталонам единиц величин и описано исследование, целью которого являлась разработка проекта поверочной схемы. Проанализированы требования к метрологическим характеристикам тензометров, предъявляемые в отечественных и зарубежных стандартах. Определены основные способы нормирования метрологических характеристик, проведен их сравнительный анализ. Установлены преимущества и недостатки нормирования метрологических характеристик экстензометров, определенных в ISO 9513 Metallic materials – Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing и ASTM E 83 Standard practice for verification and classification of extensometer systems. Предложен единый подход к способу выражения допускаемых значений погрешности в единицах, принятых для измерений механической деформации, и представлен порядок передачи единицы деформации таким средствам измерений, как экстензометры, тензометры и измерительные преобразователи деформации. Предлагаемая поверочная схема для средств измерений деформации имеет значимость при установлении метрологической прослеживаемости средств измерений деформации, применяемых при одноосных испытаниях.
Работа сфокусирована на вопросах, которые необходимо учесть при создании единой системы метрологического обеспечения измерений деформации, в частности – о необходимости введения классификации средств измерений деформации, способах нормирования метрологических характеристик и методах передачи единицы от эталонов к измерителям деформации.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Испытания на растяжение/сжатие широко применяются для определения характеристик прочности, упругости, пластичности и др. [1, 2] в проектировании и изготовлении компонентов, машин и конструкций [3–7]. При одноосном испытании одновременно измеряются сила и деформация при растяжении (сжатии).
Список литературы
1. Адамов А. А., Лаптев М. Ю., Горшкова Е. Г. Анализ отечественной и зарубежной нормативной базы по механическим испытаниям полимерных композиционных материалов // Конструкции из композиционных материалов. 2012. № 3. С. 72-77.
Adamov A. A., Laptev M. Yu., Gorshkova E. G. Analysis of the international and russian federation national technical standards for mechanical tests of polymeric composite materials. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov. 2012;3:72-77. (In Russ.).
2. Углепластики: технология получения и определение механических характеристик / В. Н. Манхиров [и др.] // Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика. 2019. № 2-3. С. 12-19. DOI: 10.18101/2306-2363-2019-2-3-12-19
Mankhirov М. N., Nomoev A. V., Syzrantsev V. V., Ayurova O. Zh. Carbon plastic: technology of production and determination of mechanical characteristics. Buryat state University Vestnik. Chemistry. Physics. 2019;2-3:12-19. (In Russ.). DOI: 10.18101/2306-2363-2019-2-3-12-19
3. A viscoplastic self-consistent analysis of tensile anisotropy and tension-compression asymmetry in rare-earth magnesium alloy / X. Zhang [et al.] // Journal of Rare Earths. 2024. Available at: 10.1016/j.jre.2024.04.024 (дата обращения: 30.04.2024). DOI: 10.1016/j.jre.2024.04.024(
Zhang X., Zhou R., Guo S., Li Ch., Yue H., Li D. A viscoplastic self-consistent analysis of tensile anisotropy and tension-compression asymmetry in rare-earth magnesium alloy. Journal of Rare Earths. 2024. Available at: [Accessed 30 April 2024]. DOI: 10.1016/j.jre.2024.04.024
4. Tensile and micro-compression behaviour of AISI 316L austenitic stainless steel single crystals at 20 °C and 300 °C: Experiments, modelling and simulations / J.-M. Scherer [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2024. Vol. 900. P. 146471. DOI: 10.1016/j.msea.2024.146471
Scherer J.-M., Hure J., Madec R., Le Bourdais Fl., van Brutzel L., Sao-Joao S. et al. Tensile and micro-compression behaviour of AISI 316L austenitic stainless steel single crystals at 20 °C and 300 °C: Experiments, modelling and simulations. Materials Science and Engineering: A. 2024;900:146471. DOI: 10.1016/j.msea.2024.146471
5. Experiment research on tensile and compression cyclic loading of sheet metal / Q. Li [et al.] // Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1916-1921. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.961
Li Q., Jin M., Zou Z., Zhao Sh., Zhang Q., Li P. Experiment research on tensile and compression cyclic loading of sheet metal. Procedia Engineering. 2017;207:1916-1921. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.961
6. Effects of hot compression on the fracture toughness and tensile creep behaviors of a Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy / G. Zhao [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 834. P. 142626. DOI: 10.1016/j.msea.2022.142626
Zhao G., Zhang Zh., Zhang Yu., Peng H., Yang Zh., Nagaumi H. et al. Effects of hot compression on the fracture toughness and tensile creep behaviors of a Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy. Materials Science and Engineering: A. 2022;834:142626. DOI: 10.1016/j.msea.2022.142626
7. Investigating deformation and work hardening behaviour of stacked sheet metal specimens in compression test: Influence of friction and interfacial shear resistance / Y. An [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2023. Vol. 321. P. 118145. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.118145
An Yu., Spanjer W., Chezan T., Heijne J. Investigating deformation and work hardening behaviour of stacked sheet metal specimens in compression test: Influence of friction and interfacial shear resistance. Journal of Materials Processing Technology. 2023;321:118145. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.118145
8. Радченко С. Ю., Дорохов Д. О. Новая форма представления меры линейной деформации // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. № 2. С. 446-457.
Radchenko S. J., Dorokhov D. O. The new form representation of the measure of linear deformation. Izvestiya Tula State University. 2011;2:446-457. (In Russ.).
9. Rees D. Basic engineering plasticity: an introduction with engineering and manufacturing applications. Oxford: Elsevier Ltd, 2006. 528 p.
Rees D. Basic Engineering Plasticity: An Introduction with Engineering and Manufacturing Applications. Oxford: Elsevier Ltd; 2006. 528 p.
10. Винтовая экструзия - процесс накопления деформации / Я. Е. Бейгельзимер [и др.]. Донецк: Фирма ТЕАН, 2003. 87 с.
Beygelzimer Y., Varyukhin V., Orlov D., Synkov S. Twist extrusion - process for deformation accumulation. Doneczk: Firma TEAN; 2003. 87 p. (In Russ.).
11. Данилов М. Н., Бардаев П. П. Метод измерения деформаций структурно-неоднородных сред // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики - 2019: Материалы IX Всероссийской молодежной научной конференции, Томск, 18-20 ноября 2019 г. / Под редакцией М. Ю. Орлова. Томск: Издательство “Красное знамя”, 2020. С. 84-88.
Danilov M., Bardaev P. Strain measurement method of heterogeneous materials. In: Current issues of continuum mechanics and celestial mechanics - 2019: The conference proceedings IXth International Youth Scientific Conference, 18-20 November 2019, Tomsk, Russia. Ed. M. Yu. Orlov. Tomsk: Izdatelstvo “Krasnoe znamya”; 2020. 340 p. (In Russ.).
12. Motra H. B., Hildebrand J., Dimmig-Osburg A. Assessment of strain measurement techniques to characterise mechanical properties of structural steel // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014. Vol. 17, Iss. 4. P. 260-269. DOI: 10.1016/j.jestch.2014.07.006
Motra H. B., Hildebrand J., Dimmig-Osburg A. Assessment of strain measurement techniques to characterise mechanical properties of structural steel. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014;17(4):260-269. DOI: 10.1016/j.jestch.2014.07.006
13. Advanced self-compensated, high-accuracy optical extensometer based on field-of-view splitting and dual-reflector imaging techniques / F. Zhu [et al.] // Measurement. 2021. Vol. 174. P. 109024. DOI: 10.1016/j.measurement.2021.109024
Zhu F., Tao J., Lu R., Bai P., Lei D. Advanced self-compensated, high-accuracy optical extensometer based on field-of-view splitting and dual-reflector imaging techniques. Measurement. 2021;174:109024. DOI: 10.1016/j.measurement.2021.109024
14. The effects of the temperature in the testing system on the measurements of thermal rock strain with clip-on extensometers / L. Pei [et al.] // Measurement. 2022. Vol. 188. P. 110375. DOI: 10.1016/j.measurement.2021.110375
Pei L., Blöcher G., Wang Y. J., Milsch H., Zimmermann G., Huenges E. et al. The effects of the temperature in the testing system on the measurements of thermal rock strain with clip-on extensometers. Measurement. 2022;188:110375. DOI: 10.1016/j.measurement.2021.110375
15. Третьякова Т. В., Третьяков М. П., Вильдеман В. Э. Оценка точности измерений с использованием видеосистемы анализа полей перемещений и деформаций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2011. № 2. С. 92-100.
Tretyakova T. V., Tretyakov M. P., Vildeman V. E. Assessment of measurement accuracy using video system for analysis of displacement and deformation fields. Perm State Technical University. Mechanics. 2011;2:92-100. (In Russ.).
16. Метрологическая прослеживаемость результатов испытаний / В. Г. Кутяйкин [и др.] // Компетентность. 2020. № 7. С. 30-36.
Kutyaykin V. G., Gorbachev P. A., Geyger Е. Yu., Savrovskiy K. K. Metrological traceability of test results. Competency (Russia). 2020;7:30-36. (In Russ.).
17. Толмачев В. В., Матвеева И. Н. Современное состояние метрологического обеспечения испытаний на статическое растяжение // Эталоны. Стандартные образцы. 2022. Т. 18, № 1. С. 51-67. DOI: 10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67
Tolmachev V. V., Matveeva I. N. The current state of metrological support for static tension. Measurement Standards. Reference Materials. 2022;18(1):51-67. (In Russ.). DOI: 10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67
18. Жагора Н. А., Астафьева Л. Е., Макаревич В. Б. Метрологическая прослеживаемость // Контроль качества продукции. 2016. № 4. С. 21-28.
Zhagora N. A., Astafyeva L. E., Makarevich V. B. Metrologicheskaya proslezhivaemost’. Kontrol’ kachestva produkcii. 2016;4:21-28. (In Russ.).
19. Шимолин Ю. Р., Трибушевская Л. А. Современные тенденции развития метрологического обеспечения измерений деформации // Законодательная и прикладная метрология. 2018. № 6 (157). С. 23-25.
Shimolin Yu. R., Tribushevskaya L. A. Modern trends in the development of metrological support of deformation measurements. Legal and applied metrology. 2018;6(157):23-25. (In Russ.).
20. Calibration of a speckle interferometry full-field strain measurement system / M. Whelan [et al.] // Blackwell publishing. 2008. STRAIN 44. P. 180-190. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC47650.
Whelan M., Albrecht D., Hack E., Patterson E. Calibration of a speckle interferometry full-field strain measurement system. Blackwell publishing. 2008;44:180-190. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC47650.
21. Дрипке М. Выбор подходящих экстензометров для испытания любых материалов // Металлургическое производство и технология металлургических процессов. 2009. № 1. С. 42-47. https://rudmet.net/media/articles/Article_MPT_01_09_pp.42-47.pdf.
Dripke M. Selection of suitable extensometers for testing all materials. Metallurgicheskoe proizvodstvo i texnologiya metallurgicheskix processov. 2009;1:42-47. https://rudmet.net/media/articles/Article_MPT_01_09_pp.42-47.pdf.
22. Артемьев М. И., Титов В. Н. Современное оборудование для испытаний материалов, работающих в условиях температурно-силового нагружения и в вакууме // ТестМат: Сборник докладов VI Всероссийской конференции по испытаниями исследованиям свойств материалов, Москва, 12-13 февраля 2015 г. / М.: ФГУП ВИАМ, 2015. 50 с.
Artemyev M. I., Titov V. N. Modern equipment for testing materials working under temperature-force loading and in vacuum conditions. In: TestMat: Proceedings of the VI All-Russian conference on testing and research of material properties, 12-13 February 2015, Moscow. Moscow: The national research center “kurchatov institute” federal state unitary enterprise all-russian scientific research institute of aviation materials; 2015. 50 p. (In Russ.).
23. Tabin J. Strain measurement by means of clip-on extensometers during discontinuous plastic flow at 4 K // Cryogenics. 2022. Vol. 123. P. 103451. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2022.103451
Tabin J. Strain measurement by means of clip-on extensometers during discontinuous plastic flow at 4 K. Cryogenics. 2022;123:103451. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2022.103451
24. Gangwar V., K Acharyya S., Banerjee A. Calibration of tensile tests in drop-weight impact machine and implementation in simulation of Charpy impact tests // Procedia Structural Integrity. 2024. Vol. 60. P. 123-135. DOI: 10.1016/j.prostr.2024.05.035
Gangwar V., K Acharyya S., Banerjee A. Calibration of tensile tests in drop-weight impact machine and implementation in simulation of Charpy impact tests. Procedia Structural Integrity. 2024;60:123-135. DOI: 10.1016/j.prostr.2024.05.035
25. Червяковская Н. Н., Соломахо В. Л. Методика разработки рабочих поверочных схем для средств измерений // Наука и техника. 2007. № 3. С. 29-33.
Chervyakovskaya N. N., Solomakho V. L. Methodology for elaboration of working verifying schemes for measuring tools. Science and technique. 2007;3:29-33. (In Russ.).
Выпуск
Другие статьи выпуска
В соответствии с требованиями Приказа Минпромторга России № 2905 1, решение о внесении изменений в сведения в части срока действия утвержденного типа стандартных образцов (СО) принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) на основании заявления правооб‑ ладателя 2 утвержденного типа СО. К заявлению прилагается заключение по результатам рассмотрения конструкторской, технологической и (или) технической документации СО, подтверждающее, что измене‑ ния в конструкторскую, технологическую и (или) техническую документацию СО не вносились и сведения об утвержденном типе СО, содержащиеся в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений (ФИФ ОЕИ), соответствуют технической документации СО. Заявление при внесении изменений в сведения в части срока действия утвержденного типа СО подается не менее чем за 30 рабочих дней до окончания срока действия утвержденного типа СО.
В этом разделе продолжается публикация сведений о типах СО, которые были утверждены Приказами Росстандарта с конца ноября 2024 г., включая декабрь 2024 г., в соответствии с Административным регла‑ ментом, в который были внесены изменения согласно Приказу Росстандарта № 1404 2. Изменения внесены в целях реализации № 496-ФЗ 3. С 01.01.2021 типы СО утверждаются Приказами Росстандарта в соответ‑ ствии с Приказом Минпромторга России № 2905 4. В свободном доступе подробные сведения об утверж‑ денных типах СО можно посмотреть в разделе «Утвержденные типы стандартных образцов» ФИФ ОЕИ по ссылке https://fgis. gost. ru/ на сайте ФГИС Росстандарта.
В статье рассмотрены особенности и проблемы метрологического обеспечения качества измерений параметров оптических монокристаллических материалов и элементов из них на примерах измерений параметров диэлектрических ионных оптических материалов из практики межкафедральной учебно-испытательной лаборатории полупроводниковых материалов и диэлектриков «Монокристаллы и заготовки на их основе» НИТУ МИСИС.
Установлено, что свойства выращенных кристаллов можно корректировать, подвергая внешним воздействиям многочисленные структурные точечные дефекты, которые управляют свойствами кристаллов. Представлены доказательства того, что подход «структура – дефекты структуры – свойства – применение дефектов для управления свойствами – коррекция технологии получения кристаллов» является наиболее эффективным для изучения физических параметров диэлектрических кристаллов.
Публикация содержит обобщение сведений из нормативных документов, оригинальных статей, обзоров и монографий по проблемам метрологического обеспечения в области физики твердого тела. Материал построен на результатах проведенного авторским коллективом анализа влияния структурных точечных ростовых дефектов на свойства и технологические параметры кристаллов. Базой для обзора стал многолетний опыт работы с оптическими диэлектрическими кристаллами в лаборатории, где трудятся авторы публикации. Ключевые выводы сделаны с опорой на диссертационные работы авторов на соискание научных степеней, сведения из выступлений на отечественных и международных конференциях.
Обзор адресован специалистам – метрологам для теоретических и прикладных исследований. Кроме того, опубликованный материал может быть полезен преподавателям и студентам профильных направлений высших учебных заведений.
Статья знакомит с разработкой методик измерений характеристик пластичности сталей при испытании на статическое растяжение – относительного удлинения после разрыва, относительного сужения после разрыва.
Работа имела масштабную цель. Проанализировать бюджеты неопределенности измерений относительного удлинения после разрыва, относительного сужения после разрыва, определяемых при испытании на статическое растяжение. Оптимизировать параметры измерений, связанных с подготовкой образцов, методическими факторами. Оценить вклады в бюджеты неопределенности измерений в процессе разработки методик измерений. Разработать методики измерений относительного удлинения после разрыва, относительного сужения после разрыва, предназначенных для оценки правильности результатов измерений, полученных с использованием стандартных методик измерений этих же величин по ГОСТ 1497– 2023 «Металлы. Методы испытаний на растяжение».
При достижении цели проведены теоретические и экспериментальные исследования для составления бюджетов неопределенностей измерений относительного удлинения после разрыва, относительного сужения после разрыва с указанием выявленных источников неопределенности. Рассчитаны метрологические характеристики методик измерений.
В результате разработаны и аттестованы две предназначенные для проведения испытаний в целях утверждения типа стандартных образцов методики измерений характеристик пластичности сталей на микроскопе видеоизмерительном, обеспечивающие запас точности по сравнению со стандартизованной методикой измерений по ГОСТ 1497– 2023.
Рамановская спектроскопия в основном используется для качественного анализа, поскольку интенсивность рамановских линий зависит от прибора, на котором измерен спектр. В то же время высокая селективность рамановских спектров стимулирует интерес к поиску способов их использования также и для количественного анализа. В этой связи особую актуальность приобретает разработка способов эффективного применения рамановской спектроскопии для количественного анализа.
Целью настоящего исследования являлось изучение возможностей применения для количественного анализа по рамановским спектрам разработанной в ФГБУ «ВНИИОФИ» меры, предназначенной для калибровки рамановских приборов по шкале волновых чисел рамановских сдвигов.
Разработанная мера (93847-24 – регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений) представляет собой полимерную пленку из полистирола с добавлением серы. Мера позволяет хранить и передавать единицу волновых чисел рамановских сдвигов для длин волн возбуждения рамановского рассеяния 532, 633 и 785 нм.
В статье описано исследование, в ходе которого рассмотрена возможность применения данной меры для количественного анализа веществ за счет измерения интенсивности рамановских линий в приборно-независимых единицах. Установлено, что применение меры позволяет определять объемную долю индивидуальных веществ (на примере этанола) с относительной случайной погрешностью менее 3 % и относительной систематической погрешностью менее 6 %. Для анализа многокомпонентных смесей (спиртов, сахаров) с помощью меры строилась многомерная градуировка с применением метода частичных наименьших квадратов. При этом объемная доля компонентов в неизвестном образце определялась с относительной погрешностью, не превышающей 15 %.
Практическая значимость полученных результатов исследования позволяет производить калибровку рамановских микроскопов и спектрометров по шкале волновых чисел рамановских сдвигов, а также осуществлять количественный анализ индивидуальных веществ в многокомпонентных системах с помощью рамановской спектроскопии.
В данной статье определяются возможные пути совершенствования лазерного интерференционного масляного манометра из состава ГЭТ 101‑2011 – Государственного первичного эталона единицы давления для области абсолютного давления в диапазоне 1 · 10–1 ÷ 7 · 105 Па, основанные на анализе результатов исследований, проведенных во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева в период с 2018 по 2021 год.
В статье описан принцип действия лазерного интерференционного масляного манометра из состава ГЭТ 101‑2011 и бюджет его погрешностей. Приведено сравнение метрологических характеристик лазерного интерференционного масляного манометра с зарубежными аналогами на основе результатов международных ключевых сличений. Рассмотрены проблемы измерения низкого абсолютного давления в диапазоне 0,1–1 000 Па с помощью лазерного интерференционного масляного манометра и возможные пути решения данных проблем. Описано исследование влияния эффектов дегазации и сжимаемости на значение плотности рабочей жидкости лазерного интерференционного масляного манометра, приведен анализ результатов исследования. Описана идея повышения разрешения измерений давления с помощью лазерного интерференционного масляного манометра. Произведен анализ возможностей измерения давления с помощью лазерного интерференционного масляного манометра при условии оснащения его оптическим интерференционным устройством с фазовой модуляцией с целью увеличения разрешения манометра и с учетом результатов исследований физико-химических свойств рабочей жидкости манометра.
Фактический материал для анализа почерпнут из публикаций в отечественных и зарубежных источниках. Эмпирические данные взяты из опыта работы научно-исследовательского отдела государственных эталонов в области измерений давления, где трудится автор статьи.
Воспроизведение и хранение единиц величин осуществляется с помощью эталонов – средств измерений, обладающих наивысшей точностью, – наиболее значимого звена в метрологической цепи передачи единиц. Процедура аттестации эталонов единиц величин – ключевое событие, подтверждающее возможности эталонов обеспечивать точность и единообразие измерений. Решающий фактор процедуры аттестации эталонов – верное определение интервалов между аттестациями.
Генеральная линия развития законодательной базы метрологии в Российской Федерации нацелена на укрепление порядка и дисциплины в области обеспечения единства измерений. Невыполнение процедуры аттестации юридическими лицами влечет за собой значительные штрафы. Следовательно, совершенствование методик определения интервалов между аттестациями эталонов обретает все большую актуальность в современной метрологии.
Цель представленной в статье работы – решение методических проблем определения интервалов между аттестациями эталонов единиц величин. В публикации раскрыты возникающие при определении интервалов между аттестациями эталонов противоречия, а также недостатки действующего порядка аттестации и их методические причины.
В качестве решения выявленных проблем обозначены направления совершенствования существующего научно-методического аппарата определения интервалов между аттестациями. В частности, предложено дерево принятия решений как инструмент, позволяющий на основе анализа состава исходных данных выбрать один из способов определения интервалов между аттестациями.
Издательство
- Издательство
- ВНИИМ им. Д.И.Менделеева
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 190005, Россия, Санкт-Петербург, Московский пр., 19
- Юр. адрес
- 190005, Россия, Санкт-Петербург, Московский пр., 19
- ФИО
- Пронин Антон Николаевич ( Генеральный директор)
- E-mail адрес
- a.n.pronin@vniim.ru
- Контактный телефон
- +7 (812) 3275835
- Сайт
- https://vniim.ru